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屡遭“抛弃”的背后:氢燃料电池的核心技术是硬伤

新能源
亿欧
安安
2018-06-22 · 17:47
[ 亿欧导读 ] 相比纯电动汽车的技术路线,为何氢燃料电池汽车在国际上引发了如此大的争议?要解决这个问题,不仅要理解氢燃料电池在技术上的问题和挑战,还要了解各国政府在推动该技术背后的动因。
氢燃料;氢气;汽车,氢能源,燃料电池,环境保护 图片来自“corsia.us”

据《日本经济新闻》报道,日产宣布暂停与戴姆勒及福特合作开发燃料电池车的计划,将力量集中于发展电动汽车。曾经受到热捧的氢燃料电池技术,在其大本营日本遭遇了发展阻碍。

无独有偶,福特汽车也在6月13日也发布声明称,其与戴姆勒位于不列颠哥伦比亚省本那比的燃料电池合资公司将于2018年夏季关闭。不过,分分合合乃商家常事,那边忙着分手,这边奥迪和现代宣布达成专利交叉许可协议,将共同开发氢燃料电池汽车。

相比纯电动汽车的技术路线,为何氢燃料电池汽车在国际上引发了如此大的争议?要解决这个问题,不仅要理解氢燃料电池在技术上的问题和挑战,还要了解各国政府在推动该技术背后的动因。

氢燃料电池汽车为何屡遭“抛弃”?

从技术角度来看,燃料电池是一种能量转化装置。与一般电池不同的是,氢燃料电池是一种将氢气和氧气结合起来产生电力、水和热的电化学装置。其反应产生的废料除了微量的二氧化碳和氮氧化物外,主要是水。燃料电池的做功比氢气单纯燃烧的效率要高2-3倍,且安静无污染。

但是,具有这么多优势的燃料电池汽车,为何还会连续被多家车企“抛弃”呢?这就要从氢能产业链谈起。

整个氢能产业链构成包括氢气制备、氢气储运及加注,和氢气应用。其中氢气制备是氢能应用的基础,氢气的储运及加注是氢能应用的核心保障,不同方向的应用是氢能实用化的主要途径和最佳表现形式。根据产业链所处位置不同,链条上的企业大致可细分为三个部分:

上游,主要包含氢资源的生产、运输等;

中游,为燃料电池系统,主要是电堆和氢气储存设备及配件;

下游,是应用板块,包括加氢站、新能源汽车应用等。

分清了这三个环节,下面我们就来看看每个部分所面临的问题和挑战:

一、关键技术难攻克

了解燃料电池电堆部件的人,对燃料电池的核心技术——“质子交换膜”不会陌生,然而截至目前,全球能够商业化供应氢燃料电池质子交换膜材料的公司除了美国杜邦,再无他家。日本境内也有一家公司同样可以生产,但出于众所周知的原因,这家公司拒绝对任何国家销售该产品。

二、成本过高

1、燃料电池车相对独立复杂的动力系统直接导致燃料电池车的成本增加。比如:丰田Mirai售价6.9万美元,远高于其他动力形式的同级别车辆。

2、数据显示,目前,建成一座加氢能力大于200公斤的加氢站需要1000多万元,如此高昂的建设成本显然是加氢站快速发展的最大障碍。

3、在目前技术条件下,氢燃料电池的催化剂是铂金。铂金全世界产量很低且价格昂贵(大概是黄金的2倍),全球年产量约为两百吨,60%还被用作首饰材料。而且铂作为催化剂对氢气纯度要求较高,需要达到99.99%以上。

三、安全问题

燃料电池加氢的背后,需要一整套氢能源生产和运输网络作为支撑。氢气本身的安全问题、加注氢燃料时的安全及操作过程中的安全问题都需要解决好。普遍来说,加氢站储氢装置应该满足能承受高压、具备在线监测功能、发生危险自动报警、良好的经济性要求。显然,满足这些要求的加氢站在初期的建设成本不会低。

国内陆续出台燃料电池扶持政策、仍不被专家看好

得益于国家的政策利好及支持,中国的燃料电池汽车技术已初步掌握了整车、动力系统与核心部件的核心技术,基本建立了具有自主知识产权的燃料电池轿车与燃料电池城市客车动力系统技术平台。在产业链配套,我国初步形成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、供氢系统等关键零部件的配套研发体系,实现了百辆级动力系统与整车的生产能力。当前具有“动力系统平台整车适配、电—电混合能源动力控制、车载高压储氢系统、工业副产氢气纯化利用”的技术特征。

在“十二五规划”期间,同济大学与一汽集团、东风汽车、奇瑞汽车和长安汽车分别打造了燃料电池轿车。2018年6月14日,同济大学与嘉兴市政府、嘉兴秀洲区政府共建新能源汽车产业基地项目在上海同济大学签约。三方将在嘉兴市秀洲区共同推进成立新能源汽车研发及生产项目。新能源汽车产业基地包括以下四部分:(一)同济大学(嘉兴)新能源汽车研究院。(二)商用车、乘用车生产制造基地。(三)氢能产业基地。(四)氢能源应用项目。其中,新能源汽车研究院作为同济大学二级非独立法人研究机构,将下设5个研发中心:氢燃料动力总成研发中心、智能网联系统研发中心、商用车整车研发中心、乘用车研发中心、国际氢能源合作研发中心。

上汽集团则制定了燃料电池汽车发展的五年规划,以新源动力为燃料电池电堆供应商,开始投入大量资金研发燃料电池汽车。据OFweek产业研究院统计数据显示,2017年1月至今,全国共生产150辆氢燃料客车,其中北汽福田汽车股份有限公司和上海汽车商用车有限公司共占据84%的市场份额。

近期国内部分地区氢能与燃料电池主要政策列表

2018年6月14日,广东省人民政府发布《关于加快新能源汽车产业创新发展的意见》,该意见指出,全力推进公交电动化(含氢燃料电池汽车),这是继北京、上海、苏州、武汉等地之后,又一个发布了氢燃料电池汽车相关政策的省市。同时,大同、青岛、扬州等地也正在酝酿扶持氢燃料电池发展的相关规划。

据不完全统计,2017年中国的燃料电池车辆商业化订单就实现了千辆级的突破。据同花顺财经报道,福田汽车、富瑞特装、华昌化工、同济科技等几乎所有与燃料电池、上游制氢和存储、材料相关的公司都相继对外发布公告,将加码对氢燃料电池的投资。

看起来市场前景一片大好,资本热情高涨投资加码,但是中国相比国外同行,起步还是太晚。

从2001年开始,我国才开始进行氢燃料电池汽车的研发工作,首次提出氢能产业发展计划是在2016年10月发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》中,之后发布的《中国制造2025》中才明确提出了燃料电池汽车发展规划。而美国的通用在1966年开始研发氢燃料电池汽车,日本的本田则开始于1992年。

同济大学新能源汽车工程中心张存满教授表示,“中国氢燃料汽车技术落后国外发达国家5—10年,起步较晚的中国面临的一个情况是:国外燃料电池汽车已经突破了技术难关,开始攻克成本和服务设施了,而国内仍然面临着技术问题。差距保持在5年左右还有机会追赶,若超过10年,追赶起来就会非常吃力了。”

尽管学界和产业界普遍认同氢能将极大的丰富未来的能源体系、各国家层面和企业层面也都对燃料电池汽车市场抱有很大的热情和希望,但是不断清洁化的传统石化能源以及更多能源储备的发掘,都将为氢能的大规模利用带来不确定性,而且核心技术、车辆和加氢站的巨大成本、安全问题都是横跨在政府和企业面前的一条极难逾越的鸿沟。清华大学汽车研究所所长、博士生导师陈全世教授在接受媒体采访时表示,政府和车企应该联合大学等研究机构,把膜、催化剂、极板等基础问题解决了,而不是做多少辆车。在他看来,燃料电池技术不能替代纯电动技术。

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